rsquo15 년 프레스업종 기술세미나rsquo15 년 프레스업종 기술세미나

자동차부품산업진흥재단

전문위원 장 치 수

2015 년 05 월 13 ~ 15 일

자동차부품산업진흥재단

생산성 향상 접근법과 관련기술

경쟁력 확보의 기본인

세미나 발표 주제

잠깐 정지 시간 감축

금형 교환 시간 단축

전단 가공 기술

현상 파악 중요성 및 방법

주제 선정 배경

더욱 치열해지는 글로벌 경쟁에서 우리 자동차의 지속적인 성장이

절실함 품질과 COST 를 갖춘 부품 공급을 위해 여러 세미나

교육에

참석하랴 생산 대응하랴 시간에 쪼들리며 열심히 뛰고 있는 우리

모습에서 느끼는 것 중에 하나는

꽤 많은 사람들이 일에 대한 본질을 생각 할 겨를도 없이 항상

쫓기면서 마치 살리어지고 있는 듯한 모습으로 느껴지기도 합니다

능동적 전환이 필요 오늘은

품질 기술에만 치중했던 것에서 벗어나 조금 여유를 갖고

관리의

근본을 같이 짚어 보고 생산성 향상 대상 선정의 접근 방법과 그에

필요한 기술적인 측면에 대해 같이 생각해 보도록 하겠습니다

서 언

회사란 ( 회사원이란 ) 무엇일까요

나는 왜 이 자리에 있을까요

잠깐 같이 생각해 봅시다hellip

성장

변화

개악

개선

나쁘게

좋게

clubs 개선 활동이란

개선 활동이란 철저한 낭비 제거를 통해 경영 이익을 극대화 하기 위한 활동이다 (7 대 낭비 대기의 낭비 운반 재고 불량 가공지체 과잉생산 동작의 낭비 )

원가 주의로는 생존 불가능

helliphellip

이익 思考가 기본

판매가 이익원가= +X

O 판매가원가 = - 이익

원가의 개념

주재료비

부재료비

재료관리비

직접노무비

간접노무비

직접경비

간접경비

재료비

노무비

제조경비

가공비

일반관리비

이익

총원가

제조원가

원가의 구성도

sup3eumlsup1laquoordmntilde

AacutebrvbarAacuteparadegaeligordmntilde

AgraveIumlsup1Yacutedeguumlcedilregordmntilde

판매가

AEligCcedilcedilAringdegiexcldegYacute(cedilAringAtildeacircfrac34times)

Agraveccedilmiddotaacuteordmntilde

사용량 절감

임 금

Utility 비절감

목표원가

실적원가

수율향상 불량감소

재료 변경

SPEC 변경

자재수율 향상

공정불량 감소

구입금액절감

설비가동율 향상

급료 및 기타

외주비 절감

기타경비 절감

투입공수 절감

과잉 외주가공배제

과잉 외주수선감축

투입인원 절감

투입시간 절감

재료비 절 감

노무비 절 감

경 비 절 감

운반비 절감

제품설계구조 변경

소모품 수선비 고정경비 절감

기본 보조기능절감

Cost CUT

물류비 절감

절감목표

frac14sup3ordmntildedegiexclmicroiquestAgravesup2

Agraveccedildegiacutedeguumlcedilreg

degoslashfrac14oumldeguumlcedilreg

원가절감 접근 포인트

상식적인 개선 추진 단계

현상파악 원인분석 개선 대상 발췌

clubs 스스로를 알지 못하고 경쟁에서 절대 승리 할 수 없다 현상파악 대상은

- 생산액 - 판매액

- 생산수량 ( 부품별 설비별 )

- 불량발생수량 부품별 불량유형 원인

- 가동현황 부하율 가동율 ( 시간 성능 ) 효율

- 비가동시간 ( 유형별 )

일일 회사 현황 파악은 반드시 계량화 ( 신뢰성 )

물론 잘 관리되고 있으시지요

젖은 수건인지 마른 수건인지도 모르는 것과 같다

아니라면

clubs 남들은 ldquo 마른 수건도 짠다rdquo 는데

공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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생산성 향상 접근법과 관련기술

경쟁력 확보의 기본인

세미나 발표 주제

잠깐 정지 시간 감축

금형 교환 시간 단축

전단 가공 기술

현상 파악 중요성 및 방법

주제 선정 배경

더욱 치열해지는 글로벌 경쟁에서 우리 자동차의 지속적인 성장이

절실함 품질과 COST 를 갖춘 부품 공급을 위해 여러 세미나

교육에

참석하랴 생산 대응하랴 시간에 쪼들리며 열심히 뛰고 있는 우리

모습에서 느끼는 것 중에 하나는

꽤 많은 사람들이 일에 대한 본질을 생각 할 겨를도 없이 항상

쫓기면서 마치 살리어지고 있는 듯한 모습으로 느껴지기도 합니다

능동적 전환이 필요 오늘은

품질 기술에만 치중했던 것에서 벗어나 조금 여유를 갖고

관리의

근본을 같이 짚어 보고 생산성 향상 대상 선정의 접근 방법과 그에

필요한 기술적인 측면에 대해 같이 생각해 보도록 하겠습니다

서 언

회사란 ( 회사원이란 ) 무엇일까요

나는 왜 이 자리에 있을까요

잠깐 같이 생각해 봅시다hellip

성장

변화

개악

개선

나쁘게

좋게

clubs 개선 활동이란

개선 활동이란 철저한 낭비 제거를 통해 경영 이익을 극대화 하기 위한 활동이다 (7 대 낭비 대기의 낭비 운반 재고 불량 가공지체 과잉생산 동작의 낭비 )

원가 주의로는 생존 불가능

helliphellip

이익 思考가 기본

판매가 이익원가= +X

O 판매가원가 = - 이익

원가의 개념

주재료비

부재료비

재료관리비

직접노무비

간접노무비

직접경비

간접경비

재료비

노무비

제조경비

가공비

일반관리비

이익

총원가

제조원가

원가의 구성도

sup3eumlsup1laquoordmntilde

AacutebrvbarAacuteparadegaeligordmntilde

AgraveIumlsup1Yacutedeguumlcedilregordmntilde

판매가

AEligCcedilcedilAringdegiexcldegYacute(cedilAringAtildeacircfrac34times)

Agraveccedilmiddotaacuteordmntilde

사용량 절감

임 금

Utility 비절감

목표원가

실적원가

수율향상 불량감소

재료 변경

SPEC 변경

자재수율 향상

공정불량 감소

구입금액절감

설비가동율 향상

급료 및 기타

외주비 절감

기타경비 절감

투입공수 절감

과잉 외주가공배제

과잉 외주수선감축

투입인원 절감

투입시간 절감

재료비 절 감

노무비 절 감

경 비 절 감

운반비 절감

제품설계구조 변경

소모품 수선비 고정경비 절감

기본 보조기능절감

Cost CUT

물류비 절감

절감목표

frac14sup3ordmntildedegiexclmicroiquestAgravesup2

Agraveccedildegiacutedeguumlcedilreg

degoslashfrac14oumldeguumlcedilreg

원가절감 접근 포인트

상식적인 개선 추진 단계

현상파악 원인분석 개선 대상 발췌

clubs 스스로를 알지 못하고 경쟁에서 절대 승리 할 수 없다 현상파악 대상은

- 생산액 - 판매액

- 생산수량 ( 부품별 설비별 )

- 불량발생수량 부품별 불량유형 원인

- 가동현황 부하율 가동율 ( 시간 성능 ) 효율

- 비가동시간 ( 유형별 )

일일 회사 현황 파악은 반드시 계량화 ( 신뢰성 )

물론 잘 관리되고 있으시지요

젖은 수건인지 마른 수건인지도 모르는 것과 같다

아니라면

clubs 남들은 ldquo 마른 수건도 짠다rdquo 는데

공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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주제 선정 배경

더욱 치열해지는 글로벌 경쟁에서 우리 자동차의 지속적인 성장이

절실함 품질과 COST 를 갖춘 부품 공급을 위해 여러 세미나

교육에

참석하랴 생산 대응하랴 시간에 쪼들리며 열심히 뛰고 있는 우리

모습에서 느끼는 것 중에 하나는

꽤 많은 사람들이 일에 대한 본질을 생각 할 겨를도 없이 항상

쫓기면서 마치 살리어지고 있는 듯한 모습으로 느껴지기도 합니다

능동적 전환이 필요 오늘은

품질 기술에만 치중했던 것에서 벗어나 조금 여유를 갖고

관리의

근본을 같이 짚어 보고 생산성 향상 대상 선정의 접근 방법과 그에

필요한 기술적인 측면에 대해 같이 생각해 보도록 하겠습니다

서 언

회사란 ( 회사원이란 ) 무엇일까요

나는 왜 이 자리에 있을까요

잠깐 같이 생각해 봅시다hellip

성장

변화

개악

개선

나쁘게

좋게

clubs 개선 활동이란

개선 활동이란 철저한 낭비 제거를 통해 경영 이익을 극대화 하기 위한 활동이다 (7 대 낭비 대기의 낭비 운반 재고 불량 가공지체 과잉생산 동작의 낭비 )

원가 주의로는 생존 불가능

helliphellip

이익 思考가 기본

판매가 이익원가= +X

O 판매가원가 = - 이익

원가의 개념

주재료비

부재료비

재료관리비

직접노무비

간접노무비

직접경비

간접경비

재료비

노무비

제조경비

가공비

일반관리비

이익

총원가

제조원가

원가의 구성도

sup3eumlsup1laquoordmntilde

AacutebrvbarAacuteparadegaeligordmntilde

AgraveIumlsup1Yacutedeguumlcedilregordmntilde

판매가

AEligCcedilcedilAringdegiexcldegYacute(cedilAringAtildeacircfrac34times)

Agraveccedilmiddotaacuteordmntilde

사용량 절감

임 금

Utility 비절감

목표원가

실적원가

수율향상 불량감소

재료 변경

SPEC 변경

자재수율 향상

공정불량 감소

구입금액절감

설비가동율 향상

급료 및 기타

외주비 절감

기타경비 절감

투입공수 절감

과잉 외주가공배제

과잉 외주수선감축

투입인원 절감

투입시간 절감

재료비 절 감

노무비 절 감

경 비 절 감

운반비 절감

제품설계구조 변경

소모품 수선비 고정경비 절감

기본 보조기능절감

Cost CUT

물류비 절감

절감목표

frac14sup3ordmntildedegiexclmicroiquestAgravesup2

Agraveccedildegiacutedeguumlcedilreg

degoslashfrac14oumldeguumlcedilreg

원가절감 접근 포인트

상식적인 개선 추진 단계

현상파악 원인분석 개선 대상 발췌

clubs 스스로를 알지 못하고 경쟁에서 절대 승리 할 수 없다 현상파악 대상은

- 생산액 - 판매액

- 생산수량 ( 부품별 설비별 )

- 불량발생수량 부품별 불량유형 원인

- 가동현황 부하율 가동율 ( 시간 성능 ) 효율

- 비가동시간 ( 유형별 )

일일 회사 현황 파악은 반드시 계량화 ( 신뢰성 )

물론 잘 관리되고 있으시지요

젖은 수건인지 마른 수건인지도 모르는 것과 같다

아니라면

clubs 남들은 ldquo 마른 수건도 짠다rdquo 는데

공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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서 언

회사란 ( 회사원이란 ) 무엇일까요

나는 왜 이 자리에 있을까요

잠깐 같이 생각해 봅시다hellip

성장

변화

개악

개선

나쁘게

좋게

clubs 개선 활동이란

개선 활동이란 철저한 낭비 제거를 통해 경영 이익을 극대화 하기 위한 활동이다 (7 대 낭비 대기의 낭비 운반 재고 불량 가공지체 과잉생산 동작의 낭비 )

원가 주의로는 생존 불가능

helliphellip

이익 思考가 기본

판매가 이익원가= +X

O 판매가원가 = - 이익

원가의 개념

주재료비

부재료비

재료관리비

직접노무비

간접노무비

직접경비

간접경비

재료비

노무비

제조경비

가공비

일반관리비

이익

총원가

제조원가

원가의 구성도

sup3eumlsup1laquoordmntilde

AacutebrvbarAacuteparadegaeligordmntilde

AgraveIumlsup1Yacutedeguumlcedilregordmntilde

판매가

AEligCcedilcedilAringdegiexcldegYacute(cedilAringAtildeacircfrac34times)

Agraveccedilmiddotaacuteordmntilde

사용량 절감

임 금

Utility 비절감

목표원가

실적원가

수율향상 불량감소

재료 변경

SPEC 변경

자재수율 향상

공정불량 감소

구입금액절감

설비가동율 향상

급료 및 기타

외주비 절감

기타경비 절감

투입공수 절감

과잉 외주가공배제

과잉 외주수선감축

투입인원 절감

투입시간 절감

재료비 절 감

노무비 절 감

경 비 절 감

운반비 절감

제품설계구조 변경

소모품 수선비 고정경비 절감

기본 보조기능절감

Cost CUT

물류비 절감

절감목표

frac14sup3ordmntildedegiexclmicroiquestAgravesup2

Agraveccedildegiacutedeguumlcedilreg

degoslashfrac14oumldeguumlcedilreg

원가절감 접근 포인트

상식적인 개선 추진 단계

현상파악 원인분석 개선 대상 발췌

clubs 스스로를 알지 못하고 경쟁에서 절대 승리 할 수 없다 현상파악 대상은

- 생산액 - 판매액

- 생산수량 ( 부품별 설비별 )

- 불량발생수량 부품별 불량유형 원인

- 가동현황 부하율 가동율 ( 시간 성능 ) 효율

- 비가동시간 ( 유형별 )

일일 회사 현황 파악은 반드시 계량화 ( 신뢰성 )

물론 잘 관리되고 있으시지요

젖은 수건인지 마른 수건인지도 모르는 것과 같다

아니라면

clubs 남들은 ldquo 마른 수건도 짠다rdquo 는데

공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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clubs 개선 활동이란

개선 활동이란 철저한 낭비 제거를 통해 경영 이익을 극대화 하기 위한 활동이다 (7 대 낭비 대기의 낭비 운반 재고 불량 가공지체 과잉생산 동작의 낭비 )

원가 주의로는 생존 불가능

helliphellip

이익 思考가 기본

판매가 이익원가= +X

O 판매가원가 = - 이익

원가의 개념

주재료비

부재료비

재료관리비

직접노무비

간접노무비

직접경비

간접경비

재료비

노무비

제조경비

가공비

일반관리비

이익

총원가

제조원가

원가의 구성도

sup3eumlsup1laquoordmntilde

AacutebrvbarAacuteparadegaeligordmntilde

AgraveIumlsup1Yacutedeguumlcedilregordmntilde

판매가

AEligCcedilcedilAringdegiexcldegYacute(cedilAringAtildeacircfrac34times)

Agraveccedilmiddotaacuteordmntilde

사용량 절감

임 금

Utility 비절감

목표원가

실적원가

수율향상 불량감소

재료 변경

SPEC 변경

자재수율 향상

공정불량 감소

구입금액절감

설비가동율 향상

급료 및 기타

외주비 절감

기타경비 절감

투입공수 절감

과잉 외주가공배제

과잉 외주수선감축

투입인원 절감

투입시간 절감

재료비 절 감

노무비 절 감

경 비 절 감

운반비 절감

제품설계구조 변경

소모품 수선비 고정경비 절감

기본 보조기능절감

Cost CUT

물류비 절감

절감목표

frac14sup3ordmntildedegiexclmicroiquestAgravesup2

Agraveccedildegiacutedeguumlcedilreg

degoslashfrac14oumldeguumlcedilreg

원가절감 접근 포인트

상식적인 개선 추진 단계

현상파악 원인분석 개선 대상 발췌

clubs 스스로를 알지 못하고 경쟁에서 절대 승리 할 수 없다 현상파악 대상은

- 생산액 - 판매액

- 생산수량 ( 부품별 설비별 )

- 불량발생수량 부품별 불량유형 원인

- 가동현황 부하율 가동율 ( 시간 성능 ) 효율

- 비가동시간 ( 유형별 )

일일 회사 현황 파악은 반드시 계량화 ( 신뢰성 )

물론 잘 관리되고 있으시지요

젖은 수건인지 마른 수건인지도 모르는 것과 같다

아니라면

clubs 남들은 ldquo 마른 수건도 짠다rdquo 는데

공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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원가의 개념

주재료비

부재료비

재료관리비

직접노무비

간접노무비

직접경비

간접경비

재료비

노무비

제조경비

가공비

일반관리비

이익

총원가

제조원가

원가의 구성도

sup3eumlsup1laquoordmntilde

AacutebrvbarAacuteparadegaeligordmntilde

AgraveIumlsup1Yacutedeguumlcedilregordmntilde

판매가

AEligCcedilcedilAringdegiexcldegYacute(cedilAringAtildeacircfrac34times)

Agraveccedilmiddotaacuteordmntilde

사용량 절감

임 금

Utility 비절감

목표원가

실적원가

수율향상 불량감소

재료 변경

SPEC 변경

자재수율 향상

공정불량 감소

구입금액절감

설비가동율 향상

급료 및 기타

외주비 절감

기타경비 절감

투입공수 절감

과잉 외주가공배제

과잉 외주수선감축

투입인원 절감

투입시간 절감

재료비 절 감

노무비 절 감

경 비 절 감

운반비 절감

제품설계구조 변경

소모품 수선비 고정경비 절감

기본 보조기능절감

Cost CUT

물류비 절감

절감목표

frac14sup3ordmntildedegiexclmicroiquestAgravesup2

Agraveccedildegiacutedeguumlcedilreg

degoslashfrac14oumldeguumlcedilreg

원가절감 접근 포인트

상식적인 개선 추진 단계

현상파악 원인분석 개선 대상 발췌

clubs 스스로를 알지 못하고 경쟁에서 절대 승리 할 수 없다 현상파악 대상은

- 생산액 - 판매액

- 생산수량 ( 부품별 설비별 )

- 불량발생수량 부품별 불량유형 원인

- 가동현황 부하율 가동율 ( 시간 성능 ) 효율

- 비가동시간 ( 유형별 )

일일 회사 현황 파악은 반드시 계량화 ( 신뢰성 )

물론 잘 관리되고 있으시지요

젖은 수건인지 마른 수건인지도 모르는 것과 같다

아니라면

clubs 남들은 ldquo 마른 수건도 짠다rdquo 는데

공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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사용량 절감

임 금

Utility 비절감

목표원가

실적원가

수율향상 불량감소

재료 변경

SPEC 변경

자재수율 향상

공정불량 감소

구입금액절감

설비가동율 향상

급료 및 기타

외주비 절감

기타경비 절감

투입공수 절감

과잉 외주가공배제

과잉 외주수선감축

투입인원 절감

투입시간 절감

재료비 절 감

노무비 절 감

경 비 절 감

운반비 절감

제품설계구조 변경

소모품 수선비 고정경비 절감

기본 보조기능절감

Cost CUT

물류비 절감

절감목표

frac14sup3ordmntildedegiexclmicroiquestAgravesup2

Agraveccedildegiacutedeguumlcedilreg

degoslashfrac14oumldeguumlcedilreg

원가절감 접근 포인트

상식적인 개선 추진 단계

현상파악 원인분석 개선 대상 발췌

clubs 스스로를 알지 못하고 경쟁에서 절대 승리 할 수 없다 현상파악 대상은

- 생산액 - 판매액

- 생산수량 ( 부품별 설비별 )

- 불량발생수량 부품별 불량유형 원인

- 가동현황 부하율 가동율 ( 시간 성능 ) 효율

- 비가동시간 ( 유형별 )

일일 회사 현황 파악은 반드시 계량화 ( 신뢰성 )

물론 잘 관리되고 있으시지요

젖은 수건인지 마른 수건인지도 모르는 것과 같다

아니라면

clubs 남들은 ldquo 마른 수건도 짠다rdquo 는데

공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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상식적인 개선 추진 단계

현상파악 원인분석 개선 대상 발췌

clubs 스스로를 알지 못하고 경쟁에서 절대 승리 할 수 없다 현상파악 대상은

- 생산액 - 판매액

- 생산수량 ( 부품별 설비별 )

- 불량발생수량 부품별 불량유형 원인

- 가동현황 부하율 가동율 ( 시간 성능 ) 효율

- 비가동시간 ( 유형별 )

일일 회사 현황 파악은 반드시 계량화 ( 신뢰성 )

물론 잘 관리되고 있으시지요

젖은 수건인지 마른 수건인지도 모르는 것과 같다

아니라면

clubs 남들은 ldquo 마른 수건도 짠다rdquo 는데

공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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공정불량율 설비가동율

공정 불량율

설비 가동율

개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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개선 대상 파악 과정 요약

공정 불량율

설비 가동율

신뢰성 있는

신뢰도 확보는 관리자의 역활

일일 입력 파일 공유

작업 일보

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

조직의 장 역할

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

계량화

계량화

여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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여기까지 정리해 보면hellip

- 생존을 위한 목표 원가의 개념

- 현상을 계량화 시켜 알아보는 과정 ( 방법 ) 을 같이 살펴 봤습니다

공정 불량율

설비 가동율

재발방지 추진

비가동시간 제거

잠깐정지 제거

품질 개선 대상

가동율 생산성

향상 대상

공정 불량 발생 부품 불량율 계량화 파악 rarr 개선활동 전개

설비 비가동 시간 계량화 파악 rarr 비가동 시간 제거 개선활동 전개

조직의 보스가 열정을 갖고 현상 파악 한다면 상기 계량화된

품질 불량과 비가동 시간에 대해 개선 활동 진행 될 것입니다

오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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오늘의 얘기는

품질시스템 (SQ등 ) 에 의한 품질관리는 많은 교육이 있고

쉽게 눈에 보이는 비가동시간 단축 개선 활동은 추진됨

비교적 관심이 소홀한

ldquo 잠깐정지 시간 개선rdquo

비가동 시간 중 비중이 큰

ldquo 금형교환 시간 단축 (QDC)rdquo

프레스 가공의 약 50 비중

ldquo 전단가공 기술rdquo

잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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잠깐 정지란 잠깐 정지의 발생 잠깐 정지 유형 및 대책

『잠깐 정지』시간 단축

불필요한 조정에 의한 정지 소재 이송 불안정에 의한 정지 PILOT PIN 부적합에 의한 정지

스크랩 배출 불량에 의한 정지 CARRIER 불안정에 의한 정지

원자재 허용 공차에 의한 문제

프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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프레스 제품의 가공을 구상 할 때에

최대한 효율적인 방안을 검토하여 금형을 만들고 최적의 프레스 기계

주변기기를 선정 준비 설치하여 생산에 돌입 할 것입니다

그러나 특별한 문제점도 없는데

계획했던 만큼 생산 효율이 나오지 않는 경우가 많이 있다

이런 경우 생산 라인을 자세히 관찰해 보면 이상 ( 異常 ) 이라고 생각되지 않는

내용 ( 실제로는 이상인데 그렇게 보일 뿐 ) 때문에 잠깐 잠깐 라인이 정지하는

데 이 것들이 누적되어 생산 효율의 저하를 가져오게 된다

잠깐 정지란

이 것을 lsquo잠깐 정지rsquo라 하고 이 잠깐정지의 원인을 조사하여 없애도록

하는 것이 생산 라인에서는 절대로 필요 하다

쉽게 간단히 설명하면

6 초 개 10 개 1 분 rarr 4000 개 400 분 (

표준생산량 )

실제 생산량은 3000 개 400 분 ( 실제생산량 )

이런 경우 무언가 () 의한 LOSS 원인이 ldquo 잠깐정지rdquo 임

잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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잠깐 정지가 발생되면 생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘 알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 잠재적인 문제를 내재하고 있는 경우가 있다

설 계

예상되는 문제의 대책

초기 유동(TO)

초기 단계의불구합 대책

생 산

잠깐 정지 대책

프레스 가공은 금형을 사용한 생산 시스템으로 금형을 포함 설비는 최선의 조건

으로 구성되어 있으나 문제를 일으키는 경우가 많다 모든 것이 생각했던 대로

움직이면 걱정 할 일이 없겠지만 그렇지 못한 것이 현실이다 설계 초기유동 단계에서 발생된 문제도 남아 있고 예상치 못했던 문제가 더해

져서 양산 시 잠깐 정지가 빈발 생산성 저하 품질 유동의 문제가 다발 한다

잠깐 정지 발생 요인은 금형에서부터 모든 생산 시스템 구성 요소에 있다

잠깐 정지의 발생

프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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프레스 가공 상태를 보고 뭔가 불안해서 조정하기 위해 가동 정지

금형의 조정 장치는 가능한 최소화 시켜 설계 제작 하도록 한다

조정 기능 AIR BLOWING 장치 SLIDE 높이 조정 등

AIR BLOWING 을 MAGNET STAND 로 고정하는 TYPE

마그네틱스탠드

AIR 연결부원터치 닛뿔

AIR 토출구

AIR BLOW 를 금형에 고정 시킴 ( 작업자 임의성 배제 )

AIR 토출구

잠깐 정지 유형 및 대책

불필요한 조정에 의한 정지

소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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소재 이송 불안정으로 발생되는 정지

자동 가공에서 소재 위치 결정 파일롯트 핀이 있지만

그 이외에도 금형에서 소재 이송에 영향을 주는 부품의 배치

문제도 해결해야 한다

- 재료 GUIDE LIFTER 금형 직진도 셋팅 미스 등

소재 GUIDE 가 잘 못 되어 소재 이송 시 꺽임

소재 꺽임

좁음 넓음

소재 이송 불안정에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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PILOT PIN 이 부적합하여 잠깐 정지 발생

가공 MISS 발생 시 금형 보호를 위해 PILOT PIN 밑에 스프링

넣는 경우 적절한 스프링 강도 확보 필요 ( 정상 작업 시에도

스프링 눌려서 PILOT PIN 기능 이상 발생 )

이런 경우 발견이 쉽지 않아 잠깐 정지 원인 규명도 힘들다

소재 옆으로 휨에 의해 PILOT PIN 정상 작동 안됨

옆으로 휨 (CAMBER 현상 )

타흔 PILOT 핀 정상 작동 불능

PILOT PIN 부적합에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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SCRAP 배출에 관련된 잠깐 정지

- 금형의 구조에서 SCRAP 배출이 원활하지 못해 (CHUTE 의 기울기

타발유 등 ) 잠깐 정지 발생

현재 생산 중인 문제 금형에 대해서는 AIR VIBRATOR 또는

AIR BLOW 구조 등 개조 검토 ( 신규 개발 시에는 반영 )

스크랩 배출 불량에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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제품 품질 공정 검사에 의한 정지

- 셋팅 초기 또는 생산 도중에 검사원 검사하는 동안 정지 하거나

작업자 자주 검사로 품질 문제 발생으로 인한 정지

작업자 LEVEL UP 방안 강구 부품 별 검사 기준서 중점 관리

포인트 작성 교육 비치

제품 품질 검사에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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CARRIER 불안정에 의한 정지

설계 시 주의해야 할 항목은 아래와 같다

제품 치수 공차 제품 형상의 크기와 중량

피가공재의 재질 두께 PILOT HOLE 위치의 적합성

프레스 이송장치의 사양 제품에 CARRIER 적합성 확인

잠깐 정지 유형 및 대책

CARRIER CARRIER 안정화를 위해 고려 할 점

- 자동 금형에서 CARRIER 가 제품 이송 중에 꺾임이나 변형 없이

이송 시킬 수 있는 강성이 필요한데 CARRIER 폭을 넓게 하면

소재 수율 악화시켜 COST 상승을 가져오게 되므로 COST 를 최우선

으로 하는 것이 필요 하지만 제품 품질의 만족이 우선 되어야 한다

따라서 CARRIER 설계가 제품의 승 패를 좌우하는 중요한 요소이다

쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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쿠션 흡수 형상 연결

스크랩부 CARRIER 형상 변경 시켜 PILOT

활용

SCRAP 부 활용

재료폭 끝단에 FLANGE 설치

LIFTER

폭이 긴 제품 LIFTER 설치

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화1) 양측 CARRIER 가장 안정된 이송이 가능

끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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끌림 방지 FL 이용 가이드CAM 가공 있는 경우 형상 단차 큰 경우

재료 단면가이드

FLANGE

가이드

FLANGE 시 끌림

끌림방지

CAM가공

2) 편측 CARRIER 편측 제품 형상이 있거나 형상 단차 큰 경우 적용

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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스트립면의 변형 문제

CENTER CARRIER 의 경우

TUNNEL 방식 가이드도 좋음

CARRIER 면이 변형에 의해 이송에 지장 초래

함

3) CENTER CARRIER 외측이 제품 형상으로 CARRIER 설치 곤란한 경우

CARRIER PATTERN 에 따른 이송 안정화

- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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- 자동 금형에서 재료 위치 결정하는 PILOT PIN 과 HOLE 의 끼임 방지

대책이 설계 단계에서 필요하다

PILOT PIN amp HOLE 의 CLEARANCE 관계

끼임 방지를 위해서 PILOT PIN amp HOLE 의 적정한 CLEARANCE 가

필요하다

PILOT PIN 이 재료를 끌고 올라감에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

t 0203

05

08

10

12 15 2 3

C

정밀 001 002 002003

004

005

일반 002 003 004005

006

007

CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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CLEARANCE 가 적정하더라도 돌출량이 많으면 끼임 발생 가능성이

높다

피가공재 두께

PILOT PIN 과 돌출량

재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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재질 재료 두께 LAY OUT 조건등에 따라 다소 변하기 때문에 미세

조정 하면서 대처 필요

CLEARANCE 가 크면 위치정도가 떨어져 품질을 만족 시킬 수 없다

PILOT 의 미세 조정 범위는 하기를 참고 바람 판두께 mm

PILOT 경 (Ф)02 04 08 15 30

30 005 008 013 - -

50 008 013 020 025 -

60 010 020 025 035 -

80 002 020 025 040 065

100 013 020 030 050 075

130 015 025 038 075 080

190 015 025 040 080 100

PILOT PIN 의 미세 조정 범위

① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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① PILOT HOLE 이 재료 끝단에 너무 가까워서 변형 발생

( 그림 1) A= 15t 이상 필요

② PILOT HOLE 이 후공정의 PIE TRIM 에 너무 가까워서 변형

( 그림 2) B= 15t 이상 필요

그림 1 그림 2

도피

PILOT HOLE 변형 요인

－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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－재료를 끌고 올라가는 것을 억제하기 위한 금형 구조 대책

① PILOT PIN 주변에 재료를 누르는 PIN 을 설치한다 ( 그림 5)

② 재료 누르는 PIN 대신에 BUSH 를 사용 한다 ( 그림 6)

③ L 자형 가이드를 설치 한다 ( 그림 7)

그림 5 그림 6 그림 7

PILOT HOLE 의 재료 끌고 올라감 억제

PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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PIE 스크랩 상승 찍힘에 의한 가동 정지 발생

PIE 스크랩 상승이나 가루칩 찍힘 불량에 대한 대책을 수립한다

- KICKER PIN 설치 CLEARANCE 최소화 AIR BLOWING 설치 등

스크랩 상승에 의한 찍힘도 잠깐 정지의 큰 요인

스크랩 상승

SCRAP 찍힘 불량 발생에 의한 정지

잠깐 정지 유형 및 대책

- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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- PIE SCRAP 상승하여 금형에 잔존 찍힘 불량 발생 생산 정지

hearts 스크랩 상승의 원인 대책은 상황에 따라 여러 가지 조치 방법이 있음

전단 분리 후 상황

전단 분리 후의 상황

CLEARANCE

다이

펀치

SCRAP

PIE SCRAP 배출 원활치 않음에 의한 잠깐 정지

clubs SCRAP 튀어 오르게 하는 요인

1 PUNCH 에 묻은 기름에 의한 吸着

( 들어붙음 )2 PUNCH 와 SCRAP 의 凝着 ( 엉겨 붙음 )3 負壓 ( 누르는 압력 ) 에 의한 吸着

4 PUNCH 등과 SCRAP 간에 磁力

잠깐 정지 유형 및 대책

PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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PIE CLEARANCE와 스크랩 상승

그림 1 CLEARANCE와 제품 치수

제품경 gt DIE경

CLEARANCE

제품경 = DIE경

제품경 lt DIE경

다이

기준의

제품

경

전단면

의크기

CLEARANCE小 大

小 大

허용 clearance

1 clearance 5 이상의 경우 scrap 이 상승하기 쉽다 - Die 측 구속력 약하므로

2pie 홀 크기와 die 경의 크기는 왼쪽 그림에서와 같다 ( 주의 punch 경이 아니고 die 경과 비교한 것임 )

3 Scrap 튀어 오름 방지를 위해서 clearance 3 이하를 요구하는 이유이다 (punch 의 수명이 짧아짐 ndash 감수 )

- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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- PIE SCRAP 상승은 원인에 따라 여러 가지 대처 방법이 있다

hearts 기본적으로 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

SCRAP 상승 방지 대책

1 PIE PUNCH 刃先의 형상

2 KICKER PIN 사용

3 DIE 측에 AIR 압력 이용

4 DIE 2번각까지 식입량 증대

5 세이빙 SCRAP 처리 방법 ( 예 )

SCRAP 상승의 대책

- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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- PIE PUNCH 끝단 형상 변경으로 어느 정도 스크랩 상승을 억제 할 수

있다 hearts 다음 과 같은 방법을 생각 해 볼 수 있다

PUNCH 刃先의 형상

공기 압축에 의해 쿠션역할로 SCRAP튀어 오름

가공유에 의한 유착 진공에 의한 밀착 현상

공기압축

비산낙하

그림 1 SCRAP튀어 오름 패턴

PUNCH 하면의 형상

유착

그림 2 SCRAP튀어 오름과 PUNCH 형상

KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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KICKER PIN 사용

중심에 1개

BALANCE고려 배치 예

그림 2 KICKER PIN 위치와 수량

그림 1PIE PUNCH 경 최소 ф1 가능

KICKER PIN PIN 의 LOCK 상태

인부와 핀선단 동시 연삭 가공

그림 3 PIE PUNCH 인부와 PIN 의

동시 연삭을 위한 LOCK

1 최소 PUNCH 경

2 KICKER PIN 위치와 수량

3 PIE PUNCH 인부에서 PIN 의 돌출량

DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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DIE 측에 AIR 압력 이용

부압으로 빨려 올라감

빠른 흐름

분 무

압축공기

부압상태

외부공기유입

진공펌프 이용하여부압상태

SCRAP 은 통과하지 못하고 공기만 통과 할 수 있는 FILTER 설치

그림 1 분무기 원리 이용한 부압그림 2 공기압을 이용한 SCRAP튀어 오름 방지책

DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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DIE 2번각까지 PUNCH 식입 시켜 상승 방지

DIE 2번각 까지 식입량 증대

PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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PUNCH PUNCH

DIE DIE

세이빙 세이빙

세이빙 스크랩 처리 방법 ( 예 )

피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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피가공재 ( 원자재 ) 공차의 영향으로 잠깐정지 발생하는 경우가 있다

- 프레스 가공에 영향을 주는 원자재의 요소는

원자재 두께와 신율

원자재의 경도를 생각해 볼 수 있다

각 종 원자재 두께의 허용 공차

- 원자재 두께는 설계 시 CLEARANCE 설정 가공력 계산 등의 기본임

다음 페이지에 원자재 두께의 허용 공차를 보면

판 두께의 약 10 정도의 허용 공차가 있는 것을 알 수 있다

프레스 제품의 공차가 판 두께의 허용 공차를 고려해서 설정 되어져

있으면 문제 발생이 적으나 실제로는 그렇지 못한 경우도 적지 않다

원자재 허용 공차에 의한 문제

잠깐 정지 유형 및 대책

판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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판 두꼐 열연강판 냉연강판아연도금강판

SGHC SGCC

025 미만 - plusmn003 - plusmn004

025~04 - plusmn004 - plusmn005

04~06 - plusmn005 - plusmn006

06~08 - plusmn006 - plusmn007

08~10 - plusmn006 - plusmn008

10~125 - plusmn007 - plusmn009

125~16 - plusmn009 - plusmn011

16~20 plusmn016 plusmn011 plusmn017 plusmn012

20~25 plusmn017 plusmn013 plusmn017 plusmn014

25~315 plusmn019 plusmn015 plusmn021 plusmn016

315~40 plusmn021 plusmn017 plusmn030 plusmn018

40~50 plusmn024 - plusmn033 -

50~60 plusmn026 - plusmn033 -

60~80 plusmn029 - -

강판의 허용 공차

금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 설계 전에

- 제품공차 ( 특히 벤딩 위치와 높이 DRAWING 경과 높이 등 ) 가 판

두께 허용 공차를 감안 하여 관리 여부를 검토 할 필요가 있다 만약 제품공차가 판 두께 허용 공차를 감안하지 않았다면

- 제품 공차 변경 재료 두께 허용 공차를 특별사양으로 할 필요가 있다

- 그 후에 금형 설계 시 판두께 허용 공차를 감안하는 것이 필요 하다 재료 두께 허용 공차로 인해 발생 될 수 있는 문제점

- 전단면 BURR 벤딩각도 변화 성형 공정의 CRACK 또는 주름 등

- 가공력이 설비 능력의 한계치의 경우 OVER LOAD 현상 ( 고장력판 ) 현실적인 대처 방안으로는

- 매 LOT 소재 입고 검사로 누적 정보의 평균치 산출 관리 함이 좋다

소재 허용 공차 관련 금형 설계 시 고려 할 점

잠깐 정지 유형 및 대책

잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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잠깐정지 감축 정리 요약

지금까지 살펴 본 것과 같이 잠깐 정지가 발생되면

생산성 저하는 물론이고 품질에도 영향을 미치게 된다

생산 정지 재운전으로 품질의 불안정을 가져온다는 것은 우리가 잘

알고 있다

이러한 잠깐 정지에는 많은 잠재적인 문제를 내재하고 있으므로

상세 계량화된 현상 조사로 이를 직시 ( 直視 ) 하여

개선하고 성능가동율을 높여 생산성 향상을 통한 경쟁력 확보에

많은 관심이 필요 할 때라고 생각 합니다

ldquo 어렵다 힘들다 rdquo 라고만 하지 말고 당장이라도 시작해 보는

것이 어떻겠습니까 hellip hellip

주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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주제 선정 배경 QDC 의 기본 개념 QDC 추진 방법 QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축(QDC)

Quick Die Change

비가동시간의 50 비중

기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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기업 환경

인력 수급의 어려움

높아지는 품질 요구 조건

인건비 등 비용 부담 압박

설비 효율 증대 자동화

기술력 향상 품질 시스템 인력 효율화 낭비 제거

설비 및 인력 효율화로 경쟁력 확보의 수단으로

설비 비가동 시간의 50 정도를 차지하는

ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo (QDC) 을 통하여

생산성 향상 경쟁력 강화 실현

QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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QDC 의 기본 개념

금형 교환 과정을 세분화 해 보면 다음과 같다

금형 UNCLAMP

금형 UNLOADING

보관대로 운반 차기 금형 운반

프레스앞 대기BOLSTER 청소

금형 LOADING 금형 센터 맞춤

금형 CLAMP 소재 교환 작업 조건 설정 생산

위의 세분화 공정 중 색깔 금형 CLAMP와 센터 맞춤 공정을

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 로 개선하여 금형 교환 시간 단축 필요

작업 조건 설정은 제품 특성과 금형의 상태에 따라 변수가 크다

색깔의 금형 운반은 차기 생산 금형 대기 장소 지정 관리로 개선

QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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QDC ( QUICK DIE CHANGE ) 란 말 뜻 그대로 ldquo 신속한 금형 교환rdquo 이다

금형 교환 작업 요소를 보면

- 금형 셋팅 위치를 신속히 결정하고

- 금형 고정 (CLAMPING) 을 신속히 하는 것이 필요 하다

- 유압 CLAMPING 장치를가 많이 사용하고 있는데 그 중에 일부는

AUTO CLAMPING SYSTEM 을 활용 하기도 한다

우리가 잘 알고 있지만 일반적으로 사용되는 유압 CLAMPING 장치를

보면 다음과 같다

QDC 의 기본 개념

금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 ldquo Urdquo홈 있을 시 금형 ldquo Urdquo홈 없을 시

CLAMPING 장치

QDC 의 기본 개념

AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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AUTO CLAMP 장치

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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유압 CLAMP 및 금형 가이드 롤러 개념도

CLAMP 장치

QDC 의 기본 개념

금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 CLAMP 방법 비교

BEFORE AFTER

금형 하 PLATE 가 없는 구조로금형 상면에 CLAMP 함

금형 구조 설계를 왜 이렇게 할까요

금형 하측 PLATE 설치 하여원터치 유압 CLAMP 사용

QDC 의 기본 개념

금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 위치 결정 방법

QDC 추진 방법

그리고 금형 하형 PLATE 의

lsquobrsquo 부분에는 lsquo Vrsquo홈을

lsquocrsquo 부분에는 직선 구간으로

가공

붉은 색 2 곳이 볼스터에 설치한 기준핀 임

하형 평면도

ldquobrdquo ldquocrdquo 상세도

brsquo

crsquo

볼스터의 기준핀 위치 및 lsquo Ursquo홈 위치 치수는 프레스 크기에맞춰 적정하게 설정 한다 lt 현재 치수는 160톤 프레스의 사용 예 ( 例 ) 로 참고 치수 임 gt

개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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개선테마 금형 위치 결정 기준 핀 설치 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

- 금형 셋팅시 기준이 없어 비 숙련자 금형셋팅 어려우며 오래 걸림 rarr 스틸자로 위치 결정하므로 소재 FEEDING 에러

발생됨

lt 개선내용 gt

- 200400톤 설비에 셋팅 기준 핀 제작하여 금형 셋팅 시간 단축 및 셋팅 어려움 문제 개선 rarr 셋팅 기준 핀 확인 V 홈 - 홈 일치

셋팅 기준 핀(V홈 ㅡ홈 셋

팅 )

금형 위치 결정 핀 설치

개선 사례

개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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개선테마 금형 교환 시간 LOSS 개선

개선 전 개선 후

lt 문제점gt

금형 교환시 금형 세팅 위치 변화로 로보트 티칭 시간 지연 발생 - 금형 교환시간 90 분 소요

lt 개선내용 gt 금형 셋팅 블록 적용으로 교환 LOSS 감소 및 티칭 조정 불 필요 QDC 클램프 적용으로 수동 체결rarr 자동 체결 변경 - 금형 교환 시간 단축 45 분 소요

금형 위치 결정 및 CLAMP

금형 체결 시lsquoUrsquo홈

육안조정으로 맞추고 수동 체

결

금형 체결 시기준 PLATE lsquoArsquo 설치

후유압 CLAMP lsquoBrsquo 로 체결

A

B

개선 사례

금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 운반 교환 대차 방식 개념도

기존 지게차 크레인 방법

대차 방식으로 발전

QDC 추진 방법

금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

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금형 자동 창고 개념도

QDC 추진 방법

금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 보관대

금형 보관 장소 협소로 공장 가운데 기둥부에 다단 금형 보관대 설치

QDC 추진 방법

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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QDC 를 위한 금형 표준화

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 가 반드시 필요하다

헌데 ldquo 금형의 표준화rdquo 라고 하면 금형 설계자들의 경우

금형 기능부 구조 표준을 생각하게 되어

- 금형 가이드부 구조 표준 PIE PDIE 구조 표준을 비롯하여 금형

부품 표준화로 인식하고

- 모든 부품을 표준화는 만만치 않고 시간도 많이 소요 되므로

금형 표준화에 접근하기 어렵고 쉽게 추진되지 못하는 경우가 많다

금형 교환 시간 단축을 위한 ldquo 금형 표준화rdquo

금형 부품 표준화는 금형 설계자들이 정하는 것이고

금형 교환 시간 단축을 위한 표준화는 프레스 생산 파트에서 정한다

QDC 를 위한 금형 표준화란

금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 교환 시간 단축을 위해서 ldquo 금형 표준화rdquo 대상

상 하 금형 CLAMPING 위치 표준화

- 각 설비 별 CLAMP ldquoUrdquoSLOT 중 적정 위치를 선정하여 사용 할

CLAMP 위치를 표준화 한다 lt AUTO CLAMP 시에는 STROKE 도 결정 gt

- 금형 CLAMP 방법과 금형의 CLAMP 면의 조건 lt 두께 좌면 크기 등 gt

프레스와 평행하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정

- 프레스에 금형이 항상 일정하게 셋팅 할 수 있는 기준 설정 표준화

lt 통상 스틸 금형은 기준핀 주물 금형은 센터키 활용 함 gt

금형의 DIE HEIGHT와 FEED LEVEL 의 표준화

프레스 SCRAP 취출 방법 - lt 취출 방향 SCRAP 최대 크기 gt

금형 교환 시간 단축을 위한 금형 표준화 항목

QDC 를 위한 금형 표준화

금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

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금형 표준화 항목

하형평면도

하형 볼스타 상형 슬라이드

상형평면도

SLIDE

BOLSTER

상 하형 CLAMP 위치

상 하형 CLAMP 위치

DH FLEVEL

DIE LOCATION

하형평면도

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 CLAMP 위치DIE LOCATION

하형 PLATE 상형 PLATE

CLAMP 부 상세

DIE LOCATION 상세

CLAMP 부

원활한 SCRAP 처리를 위해 하형 CLAMP 는 좌 우 SIDE 에 설치가 좋음

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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DHEIGHT FLEVEL 표준

SLIDE

BOLSTER

FEED LEVEL

DIE HEIGHT

QDC 를 위한 금형 표준화 (소형 )

금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 셋팅 위치 기준 ( 센터 KEY홈 기준 )

PRESS CTR KEY

BOLSTER

4- AUTO CLAMP

3- CTR KEY

QDC 를 위한 금형 표준화 (대형 )

금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 교환 시간 단축을 위해

프레스 기계에 유압 UNIT 도 구입하고 기준 PIN 도 설치하여 사용 하려는데

현재 사용 중인 금형 상태로는 사용 할 수 없는 문제 발생 됨

활용하기 위해서는 기존 금형들을 개조해야 하는데 비용 과다 발생 곤란

금형 사양 표준화 단계

대책 방안 ( 제안 )

앞에서 STUDY 한 금형 표준화에 의해

지금 개발 착수하는 금형부터 하나씩 표준화된 금형으로 만들어

단계적으로 활용 비중을 높여 간다

lt 이를테면 1 년 후 10 사용 가능 3 년 후 30() 5 년 후 70()

gt

그렇지 아니 하면 지금과 같은 방법으로 변함없이 영원히

QDC 를 위한 금형 표준화

배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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배경 전단 가공 기술 STUDY 전단 가공 속도 CRACK 대책 프레스가공 윤활 금형 수명 정리 요약

전단 가공 기술

생산성 향상을 위한

배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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배경

전단 가공은 프레스 가공의 50 이상 활용하는 극히 단순한 가공이다

전단면이 기계 가공한 면과 비교하면 거칠은 단점이 있다

이를 개선하기 위해 FINE BLANKING 공법이 1923 년 스위스에서 발명

발전되어 왔다

특히 자동차의 경량화의 필요성 및 전자 분야 접목이 진전되어

고장력 강판과 단자용 얇은 박판 등 가공이 어려운 소재 대응필요

전단 가공 기술 요소 별 특성을 이해하여

효율적인 전단가공으로 생산성향상 경쟁력 확보

고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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고장력 강판의 전단 가공

초 고장력 소재로 높은 정밀도의 GEAR 등 기능부품의 전단 가공 시 가공 속도 V

에

따른 전단면의 상태는 아래 그림과 같다

가공 속도 V 가 크면 PIE 나 BLANK 모두 전단면 상태는 양호하나 스프링빽의

영향으로 가공 치수 정밀도는 떨어지게 되고 이의 대책으로 세이빙 가공 한다

전단 가공 속도의 영향

타발 속도50SPM

(100mmsec)

1SPM(2mmsec)

30SPM(20mm

sec)

70SPM(140mm

sec)

BLANK

HOLE

눌림

눌림

그림 정밀전단에서 전단 가공 속도의 영향 ( 다이 R 의 영향 )

980Y t=14mm

아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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아래 그림은 세이빙 전 후의 직경 치수의 변화를 표시한 것이다

가공 속도 V =140mmsec (70SPM) 일 때 직경이 세이빙 펀치와 가장 근접하다

고장력 강판의 전단 가공

전단 가공 속도의 영향

아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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아래 사진과 같은 시트 골조 부품 590 소재의 인장 flange 가공 시 발생한 crack

문제의

개선 내용 소개 한다

성형공정은 9공정의 PRO 금형으로 되어있고 CRACK 은 FLANGE 공정에서 발생

아래 현미경확대 사진에서 HAIR CRACK 이 많이 발생 되었고 이 것은 소재가 늘어남에

따른 CRACK 이라는 것을 알 수 있다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 부위

제품과 CRACK 부 사진

미세 HAIR CRACK

확대 사진 미세 HAIR CRACK

CRACK 발생 현상

CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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CRACK 발생 원인과 대책 방안의 상관 관계를 조사해 본 결과

아래와 같은 CRACK 방지 대책 상관도로 정리 하였다

- 가공 경화 방지 - 전단면의 정밀도 - CLEARANCE

- 정기 MAINTENANCE - 품질 관리

고장력 강판 flange 부 crack 대책

CRACK 발생 대책 방안

가공 경화 방지

전단면 개선 클리어런스

정기 유지 보수

품질 관리

CRACK 방지 상관도

전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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전단 가공 시 발생되는 열에 의해 전단면이 경화된다는 것은 당연한 현상이고

전단열 감소 rarr 경화 감소

CRACK 발생 부위를 블랭킹 작업 전에 SLITTING 작업 후 블랭킹 하므로 경화 감소

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지

전 공정에서 SLITTING

편측 3개소

CRACK 방지 과정

SLITTING 않는 경우

SLITTING 하는 경우

펀치

펀치

다이

다이

전 공정 SLIT

1 발 전단

경화됨

경화 약함

BLANK제품

BLANK제품

가공방향

가공방향

SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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SLITTING amp BLANKING 한 것과 BLANKING 일발 작업 했을 때 전단 표면에서 부터의 경도

변화 그래프는 아래와 같다

전단면에서 03 mm 깊이 부근에서는 거의 동일한 경도 이나 단면에서는 HV 30

정도

감소되어 CRACK 발생이 감소됨

고장력 강판 flange 부 crack 대책

가공 경화 방지 (SLITTING 효과 )

SLITTING 효과 ( 전단면으로 부터 내부로의 경도 변화 )

단면에서의 깊이 mm

깊이 03mm 근처에서 경도 동일

1 발 전단은 전단 표면 경도 높게 나타남

BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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BLANK 금형의 STEEL 은 사상을 하고 있지만 BLANK 재의 전단면인 DIE 면을 특별히 사상한

DIE 면 정도가 BLANK 재에 전사되어 CRACK 발생을 ldquo ZEROrdquo 화 시킬 수 있었다

DIE 의 전단면을 와이어 컷팅 했을 때 면조도가 Rz 12 정도인 것을 저석 (4000) 및

다이아몬드줄 등을 이용하여 Rz 05 이하로 사상하고 표면처리 실시

고장력 강판 flange 부 crack 대책

전단면 정밀도 향상

사상 작업과 부품

금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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금형 다이 면 정밀 사상 및 표면처리 전 후의 BLANK 전단면의 조도를 비교해 보면 아래와

같다

그리고 CRACK 부위 전단면이 균일하게 되도록 CLEARANCE 조정하는 것도 CRACK

방지에

중요 하다

고장력 강판 flange 부 crack 대책

금형 다이 사상 후 BLANK 단면 상태

BLANK 금형 STEEL 정밀 사상 작업 개선

개선전개선후

개선전 단면 조도개선후 단면 조도

높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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높은 정도 ( 조도 16Ra 이하 ) 요구되는 기능부품 ( 소재 t=12) 금형의 정밀도 향상 및 금형

수명 연장을 위한 개선 사례

아래 그림과 같은 잠금 장치 부품을 FB ( FINE BLANKING ) 으로 생산

파단면 방지를 목적으로 소재 압축응력 증가를 위해 V-RING 설치 및 CLEARANCE

최소화

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

잠금 기능 부품Fine Blanking

가공법

PUNCH 력소재

PADrsquoG 력

V RING

후판 고정도 부품 개선 사례

부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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부품 가공 방법 개선 전 후의 금형 STEEL 가공 정밀도 비교

와이어 가공 ( 종전방법 ) rarr 랲핑 가공 ( 개선 방법 )

면 조도 향상 25 Rz rarr 04 Rz

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

종전가공공정 제작

와이어가공면조도 25Rz

개선 가공 공정 제작랲핑가공 면조도 04Rz

개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

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전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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개선 전 후 금형 수명 RUNNIG COST 는 2배 향상 효과를 얻음

실제 이와 같은 개선의 전제 조건으로 부품 가공 기술력 ( 랲핑기능 포함 ) 측정 능력의

확보와 금형 설비 재료의 기본 관리를 필요 하다

정밀 부품 금형 정밀도 amp 수명

금형 부품 정도 향상 및 수명

수명 비교

개선전 개선후

비용 비교

개선전

개선후

전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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전단 가공에서의 윤활

전단 가공에서 윤활의 중요성　

전단면의 확대 등 고정도의 전단 가공 시 CLEARANCE

를

좁게하면 유용하게 되지만 금형 수명이 저하된다 금형 수명이 저하되는 원인은 CLEARANCE 가 적게되면

전단력이 크게 되어 날부에 부하가 크게 걸리고 전단 시

전단면이 넓어져 펀치가 늘어붙기 쉽게 되고 펀치가

식입 후 올라 갈 때 펀치 측면에 마찰력이 증대되어

날부에 인장력이 작용되어 펀치 날부 손상이 쉽다 따라서 내소착성 향상을 위해 윤활유가 필요한 것이다 재료 두께가 두꺼운 강판 고장력 강판 스테인레스 강판

등의 경우 윤활유를 도포해도 펀치가 식입 시에는 윤활

기능을 해도 펀치가 올라 갈 때는 윤활 기능이 저하되어

손상이 쉽다 가능한 점도 높은 윤활유를 찾는 이유이다

전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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전단 가공에서의 윤활

전단 가공 문제점의 윤활 기술 시각에서 대책

문 제 점 대 책 방 안

파단두꺼운 소재는 재료의 구상화 정도 금형 정도가 주요 요소 이다

- 다이 펀치의 응착 방지 재료 결 방향 고려- 내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

눌림

PAD 나 STRIPPER 의 압력 밸런스에 따라 차이 남 클리어런스 작게 금형 수명 단축

- 다이 펀치 측면 소착 rarr 부분적 윤활유 추가 급유-내긁힘성 높고 고점도 윤활유 사용 좋음

BURR적정 클리어런스 확보 미흡마모로 클리어런스 증대 원인

- 금형 수명 원인의 경우 금형 표면처리 시 내소착 성만이 아니라 내마모성도 고려 - 내긁힘성 만이 아니라 내마모성이 좋은 윤활유

두꺼운 소재성형 하중이 높고 클리어런스에의해 다르지만 파단면 흠 BURR 가 많이 발생

-BURR 대책은 위의 내용 참고 - 마찰 거리가 길어 고점도이고 내긁힘성 윤활유

PIE 스크랲상승 제품 불량 금형 파손 -점도 낮은 윤활유가 좋음

타흔 ( 찍힘 )

BURR 나 마모가루에 의해 불균일에 의한 찍힘 불량 발생

-점도 낮은 윤활유가 좋으나 날부 마모가 문제 이므로 내마모성이 높은 것이 좋음

윤활유 구매 상담 시 윤활유의 요구 조건 구체적인 설명이 필요 함

전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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전단 가공에서의 윤활

고온에서 마찰력 감소 성능 윤활유 필요성

고장력 강판의 사용 고정밀도의 프레스 제품 요구 됨에 따라 전단 가공 시 금형 온도가

상승 한다

온도 10 도 상승 되면 점도가 40~70 낮아진다

따라서 고온에서 점도가 유지되어 전단 가공 시 마찰력을 감소 시킬 필요성 있다

일본 회사에서 개량한 윤활유 시험 내용 하기에 소개

마찰시험결과 ( 상온 23)

마찰시험결과 ( 가온 200)

개량전 윤활유개량후 윤활유

개량전 윤활유개량후 윤활유

하중(N)

하중(N)

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

고장력 강판의 금형에 통상적 냉간다이스강 ( SKD11) + 표면처리 하여 사용 하고 있다

그러나 기존 강재 + 표면처리로는 금형 수명 개선에 충분하지 못한 것이 현실이다

금형 손상 형태에 대해 알아 보자

소재 고장력 강판 (980 Mpa t=20mm)

금형 SKD11 + VC (VC 고주파 확산처리 )

Flange 금형 손상 형태

제품표면

금형표면

손상개소

긁힘발생

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

1 입자 큰 탄화물에 의한 요인

- 탄화물이 SKD11 의 내마모성 인자 - 입자 큰 탄화물 부위 경도가 높다 일반부 700 HV 탄화물 1800~2800 HV- 표면처리 피막의 경우 우측 그림과 같은 과정으로 금형의 수명 저하 요인이 된다

CHIPPING 현상도 탄화물 요인 多

모재의 입자 큰 탄화물에 의한 피막 손상

피막 손상부에 입자 큰 탄화물

피막 PVD

피막

탄화물

습동방향

CRACK 발생

피막이탈

긁힘 ( かじり ) 발생 요인을 보면 다음의 3가지 경우가 있다

1 금형 모재의 입자가 큰 탄화물에 의한 요인

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

3 가공 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

큼

금형표면 (SKD11+TIC) ( X 200)

면압 적음

면압에 의한 피막 손상

2 금형에 걸리는 면압 ( 面壓 ) 에 의한 요인

- 제품 성형 시뮬레이션에서 면압이 많이 걸리는 부분에 CRACK 발생을 보인다

- 일정 면압 이상 걸리면 피막이 견디지 못하고 손상이 발생 된다

SKD11+TIC 처리 했지만 고장력 강판에 의한 강도 보다 피막 강도가 약함

고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

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고장력 강판 금형 수명

고장력 강판 금형의 손상 형태

피막의 산화 현상

손상된 주변 ( X 2000)

건전부 ( X 2000)

3 발열 ( 發熱 ) 에 의한 요인 - FLANGE등 긁힘 현상 발생된 부위의 금형 (SKD11+VC) 표면을 확대한 사진- 손상된 주변에는 O ( 산소 ) 가 많이 검출 되었다

- VC 피막이 산화 되었다는 것을 알 수 있다- 통상 VC 는 450 이상에서 산화 되는데 고장력 강판 사용으로 성형 온도가 그 이상임을 알 수 있다- 피막은 산화에 의해 경도가 떨어진다 결국 가공열에 의해 성능 저하 됨

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책 앞에서 설명한 문제점 개선의 포인트는

소재의 탄화물 감소 피막면이 고온에서 내마모성 향상 고압에서 피막 손상 개선 필요

결국 새로운 금형 소재가 필요하게 되고 모든 나라에서 신소재 연구가 진행 중이다

- 문헌에 올라온 一例를 소개 한다

개선된 lsquo신소재rsquo는 탄화물 제거 경도는 SKD11 과 같이 HRC 60

개발된 신소재와 SKD11 조직

신소재 SKD11

입자 큰 탄화믈적음 많음

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

TRIM 금형 CHIPPING 상태

SKD11

신소재

TRIM 금형 인선부 상태

SKD11

신소재

미세한CHIPPING

고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

경청해 주셔서 감사합니다Thank you

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고장력 강판 금형 수명

금형 수명 개선 대책

개선된 lsquo신소재rsquo에 신표면처리 적용으로 내열온도 450 rarr 1000 로 향상

BENDING 시험 결과

피막

모재 신소재

신공법기존

수명향상

제품에 긁힘 발생을 수명으로 함

TRIM 금형 수명 향상

기존 5000 SHOT

rarr 183000 SHOT

로 향상 되었다고 보고 되어 있음

전단가공 기술 정리 요약

금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

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금형 구조 강도 강화 ( 재질 RIB 두께 인부 ( 刃部 ) BACK-UP

등 ) 성형 제품과 금형 형상 밀착도 확보 ( 성형 제품의 형상 데이터 )

재질과 소재 두께 형상에 따라 적정 CLEARANCE ( t x 5~7

정도 )

전단 가공 시 제품 유동 방지 rarr 충분한 PADrsquoG 력 확보

( 제안 전단력의 20~40 압력 확보 )

충격이나 식입 단락없는 SHARE 각 설정

CHIPPING 현상 방지를 위해 인부 ( 刃部 ) 02R 정도

인부 ( 刃部 ) 조도 사상 ( 가능하면 랲핑까지 )

재질 특성에 맞는 표면처리 인부 ( 刃部 ) 소재 UP GRADE (SKD11 rarr 신소재 )

( 탄화물 미세화 내면압성 ( 耐面压性 ) 내열성 ( 耐熱性 ) )

고장력 강판 사용에 따른 품질 및 금형 내구성 향상 방안 정리

현업에 바쁘신 중에도 참석하여 경청해 주신 모든 분 감사합니다

맺음 말

궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

자그마한 결실도 반드시 열정과 노력으로 행 ( 行 ) 할 때 얻어 질 수 있다는 것을 꼭 기억 하십시요

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궁극적으로 ldquo 개선의 목적은 이익확보rdquo 이고 개선이란 현재의 상태보다 좋은 방향으로 변화 시키는 것입니다 ldquo 무엇을 어떻게 변화 시켜야 할지 rdquo 를 찾기 위해서는 현상을 세밀하게 파악하는 것이 반드시 선행 되어야만 할 것 입니다

목표원가 개념을 재인식하고 반드시 필달 하기위해 오늘 같이 생각해 본 생산성 향상 접근법을 활용 계량화된 현상파악 개선 대상을 선정 개선 추진이 절실한 시기라고 생각 합니다 개선 생산성 향상 추진에 오늘 얘기한ldquo 잠깐 정지 시간 감축rdquo ldquo 금형 교환 시간 단축rdquo 전단가공기술rdquo 도 많은 활용 바랍니다

ldquo 오랜 연구 끝에 터득한 훌륭한 지식이라도 행 ( 行 ) 하지 않으면 공허 ( 空虛 ) 한 것이다 rdquo 라는 말이 있습니다

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